第六章 同步电机6.9

1、6.9 同步电动机与同步补偿机同步电动机与同步补偿机 一、同步电机的可逆原理一、同步电机的可逆原理 改变电枢电流的参考方向，以输入电流作为电枢电流的正改变电枢电流的参考方向，以输入电流作为电枢电流的正 方向，记为方向，记为IM，此时输入电功率为正值，电压方程式为，此时输入电功率为正值，电压方程式为 隐极同步电动机隐极同步电动机 sMaMsa XI jRIEXI jRIEU 00 )()( 1. 同步电动机的电压方程和向量图同步电动机的电压方程和向量图 二、同步电动机二、同步电动机 画凸极同步电动机向量图时，需要先确定画凸极同步电动机向量图时，需要先确定0M角。角。 cos sin arctan

2、 0M RIU xIU aMM qMM qMaMQ XI jRIUE 凸极同步电动机凸极同步电动机 qqMddMaM XI jXI jRIEU 0 2. 同步电动机的功角特性同步电动机的功角特性 在电动机惯例下，把在电动机惯例下，把 滞后滞后 的功率角为正，用的功率角为正，用 M表示，则表示，则 M dq M d e XX U m X UE mP2sin 11 2 sin 2 0 这时这时电磁功率为正，表示从电能转换为机械能电磁功率为正，表示从电能转换为机械能。 将上式除以同步角速度将上式除以同步角速度s，便得电动机的，便得电动机的电磁转矩电磁转矩 M dq s sd XX mU X U mT

3、 2sin 11 2 sin E 2 M 0 e 同步电动机的同步电动机的电磁转矩是驱动性质电磁转矩是驱动性质的。的。 0 E U 3. 3. 同步电动机的功率因数特性同步电动机的功率因数特性 U=UN、If=IfN时，cosM=f(P2)。 同步电动机的同步电动机的功率因数特性功率因数特性与额定功率因数有关。与额定功率因数有关。 曲线曲线1对应励磁电流较小，对应励磁电流较小， 空载时功率因数等于空载时功率因数等于1。 曲线曲线2对应励磁电流稍大，对应励磁电流稍大， 半载时功率因数等于半载时功率因数等于1。 曲线曲线3对应励磁电流更大，对应励磁电流更大， 满载时功率因数等于满载时功率因数等于1

4、。 改变励磁电流，改变励磁电流，可使电动机在任意特定负载下的功率因数可使电动机在任意特定负载下的功率因数 达到达到1 1，甚至变成超前，甚至变成超前。 4. 同步电动机的起动同步电动机的起动 同步电动机仅在同步转速时才产生恒定的同步电磁转矩。同步电动机仅在同步转速时才产生恒定的同步电磁转矩。 起动时若把定子直接投入电网，转子加上直流励磁，则定起动时若把定子直接投入电网，转子加上直流励磁，则定 子旋转磁场以同步转速旋转，而转子磁场静止不动，定、子旋转磁场以同步转速旋转，而转子磁场静止不动，定、 转子磁场之间具有相对运动，所以作用在转子上的同步电转子磁场之间具有相对运动，所以作用在转子上的同步电

5、磁转矩正、负交变，平均转矩为零，电机不能自行起动。磁转矩正、负交变，平均转矩为零，电机不能自行起动。 因此，要把同步电动机起动起来，必须借助其他方法。因此，要把同步电动机起动起来，必须借助其他方法。 起动方法起动方法 异步起动法异步起动法 辅机起动法辅机起动法 变频起动法变频起动法 （1）异步起动法）异步起动法 起动绕组起动绕组：电机的主极极靴上设：电机的主极极靴上设 有起动绕组，相当于感应电机的有起动绕组，相当于感应电机的 鼠笼绕组。鼠笼绕组。 起动方法：起动方法： 起动时，先把励磁绕组通过电阻短起动时，先把励磁绕组通过电阻短 接，然后把定子绕组接到三相交流接，然后把定子绕组接到三相交流 电

6、网。电网。 依靠定子旋转磁场和转子绕组中感应电流所产生的异步依靠定子旋转磁场和转子绕组中感应电流所产生的异步 电磁转矩，电磁转矩，电机便能转起来。电机便能转起来。 自耦变压 器 笼形起动绕 组 f U 运行 起动 异步起动时的线路图异步起动时的线路图 待转速上升到接近于同待转速上升到接近于同 步转速时，再将励磁电步转速时，再将励磁电 流接入励磁绕组，使转流接入励磁绕组，使转 子建立主极磁场。子建立主极磁场。 此时依靠定、转子磁场此时依靠定、转子磁场 相互作用所产生的同步相互作用所产生的同步 电磁转矩，再加上由于电磁转矩，再加上由于 凸极效应所引起的磁阻凸极效应所引起的磁阻 转矩，便可能转矩，便

7、可能将转子牵将转子牵 入同步。入同步。 通常选用与同步电动机极数相同的感应电动机作为辅助通常选用与同步电动机极数相同的感应电动机作为辅助 电动机，电动机，当辅助电机把主机拖动到接近同步转速时，再当辅助电机把主机拖动到接近同步转速时，再 用自整步法把主机投入电网。用自整步法把主机投入电网。 (2) 辅机起动方法辅机起动方法 (3) (3) 变频起动法变频起动法 起动时，加上励磁，把变频电源起动时，加上励磁，把变频电源 输出频率调的很低。输出频率调的很低。 变频器 缓慢提高变频器的输出频率，直缓慢提高变频器的输出频率，直 到额定频率。到额定频率。 切除变频器。切除变频器。 三、同步补偿机三、同步补

8、偿机 1.1.同步补偿机的原理同步补偿机的原理 同步补偿机可以看作为空载运行的同步电动机。在正常励磁时，电枢同步补偿机可以看作为空载运行的同步电动机。在正常励磁时，电枢 电流极小，接近于零。过励时，从电网吸收超前的无功电流；欠励时，电流极小，接近于零。过励时，从电网吸收超前的无功电流；欠励时， 则从电网吸取滞后的无功电流。则从电网吸取滞后的无功电流。 2.2.同步补偿机的额定容量和结构特点同步补偿机的额定容量和结构特点 同步补偿机的转子上装有起动绕组，供异步起动之用。同步补偿机的转子上装有起动绕组，供异步起动之用。 为提高材料利用率，大型补偿机常常采用氢冷。为提高材料利用率，大型补偿机常常采用

9、氢冷。 同步补偿机的额定容量同步补偿机的额定容量是按过励时所能补偿的无功功率来是按过励时所能补偿的无功功率来 确定，其容量主要受定、转子绕组温升的限制。确定，其容量主要受定、转子绕组温升的限制。 由于补偿机不带任何机械负载，故可没有轴伸，对其机械由于补偿机不带任何机械负载，故可没有轴伸，对其机械 结构要求亦较低。结构要求亦较低。 允许其同步电抗稍大，因而电机的用铜量较少、造价较低。允许其同步电抗稍大，因而电机的用铜量较少、造价较低。 第六章第六章 复习复习 一、主要内容一、主要内容 1. 结构、运行状态、额定值 2. 电枢反应、基本电磁关系 电枢反应的概念与性质 基本方程 等效电路 相量图 波形归算的概念和方法 3. 电磁功率与功角特性 4. 参数： 意义 测定方法 5. 运行特性： 外特性 调节特性 效率特性 6. 并网运行的条件和方法 有功和无功调节 二